热迁移对Cu/Sn/Cu焊点液-固界面Cu6Sn5生长动力学的影响

电子封装技术中, 微互连焊点在一定温度梯度下将发生金属原子的热迁移现象, 显著影响界面金属间化合物的生长和基体金属的溶解行为. 采用Cu/Sn/Cu焊点在250℃和280℃下进行等温时效和热台回流, 对比研究了热迁移对液-固界面Cu₆Sn₅生长动力学的影响. 等温时效条件下, 界面Cu₆Sn₅生长服从抛物线规律, 由体扩散控制. 温度梯度作用下, 焊点冷、热端界面Cu₆Sn₅表现出非对称性生长, 冷端界面Cu₆Sn₅生长受到促进并服从直线规律, 由反应控制, 而热端界面Cu₆Sn₅生长受到抑制并服从抛物线规律, 由晶界扩散控制. 热端Cu 基体溶解到液态Sn中的Cu原子在温度梯度作用下不断向冷端热迁移, 为冷端界面Cu₆Sn₅的快速生长提供Cu 原子通量. 计算获得250℃和280℃下Cu原子在液态Sn中的摩尔传递热Q^*分别为14.11和14.44 kJ/mol, 热迁移驱动力F_L分别为1.62×10^-19和1.70×10^-19 N.     

液态Sn-Cu钎料的黏滞性与润湿行为研究

金属熔体的黏度和表面张力都是与液态结构相关的敏感物理性质, 且存在一定的相互关系. 对于微电子封装材料而言, 黏度和表面张力均是影响其工艺性能的重要参量. 本文利用回转振动式高温熔体黏度仪测量了Sn-xCu (x = 0.7, 1.5, 2)钎料熔体在不同温度下的黏度值, 发现在一定温度范围内钎料熔体的黏度值存在突变, 可划分为低温区和高温区. 在各温区内, 黏温关系很好地符合Arrhenius方程, 在此基础上讨论了液态钎料的结构特征和演变规律. 同时, 利用黏度值计算了液态Sn-xCu钎料在相应温度下的表面张力, 并通过Sn-xCu钎料在Cu基板上的润湿铺展实验对计算结果进行验证. 结果显示, 润湿角和扩展率的测试结果与表面张力的计算结果具有很好的一致性, 表明通过熔体黏度值来计算锡基二元无铅钎料合金表面张力并评估其润湿性能的方法是可行的. 关键词： Sn-Cu钎料 黏度 表面张力 润湿性     

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响

本文研究了150 ℃, 1.0× 10⁴ A/cm²条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Au/Pd/Ni-P倒装焊点界面反应的影响. 回流后在solder/Ni和solder/Ni-P的界面上均形成(Cu,Ni)₆Sn₅类型金属间化合物. 时效过程中两端界面化合物都随时间延长而增厚, 且化合物类型都由(Cu,Ni)₆Sn₅转变为(Ni,Cu)₃Sn₄. 电迁移过程中电子的流动方向对Ni-P层的消耗起着决定性作用. 当电子从基板端流向芯片端时, 电迁移促进了Ni-P层的消耗, 600 h后阴极端Ni-P层全部转变为Ni₂SnP层. 阴极界面处由于Ni₂SnP层的存在, 使界面Cu-Sn-Ni三元金属间化合物发生电迁移脱落溶解, 而且由于Ni₂SnP层与Cu焊盘的结合力较差, 在Ni₂SnP/Cu界面处会形成裂纹. 当电子从芯片端流向基板端时, 阳极端Ni-P层并没有发生明显的消耗. 电流拥挤效应导致了阴极芯片端Ni层和Cu焊盘均发生了局部快速溶解, 溶解到钎料中的Cu和Ni原子沿电子运动的方向往阳极运动并在钎料中形成了大量的化合物颗粒. 电迁移过程中(Au,Pd,Ni)Sn₄的聚集具有方向性, 即(Au,Pd,Ni)Sn₄因电流作用而在阳极界面处聚集.